JPH1041737A - 複モードホーンアンテナ - Google Patents
複モードホーンアンテナInfo
- Publication number
- JPH1041737A JPH1041737A JP8214086A JP21408696A JPH1041737A JP H1041737 A JPH1041737 A JP H1041737A JP 8214086 A JP8214086 A JP 8214086A JP 21408696 A JP21408696 A JP 21408696A JP H1041737 A JPH1041737 A JP H1041737A
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- Japan
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- waveguide
- horn
- conical
- mode
- dielectric
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの相対振
幅，相対位相が交差偏波最小条件に設定される複モード
ホーンアンテナで、軸対称指向性を得るにはある１つの
周波数に限定されてしまう。この問題を解決する。 【解決手段】 円錐導波管２と直線導波管３とをテーパ
接続６し、ホーン内に適当な比誘電率の誘電体７を充填
する。
幅，相対位相が交差偏波最小条件に設定される複モード
ホーンアンテナで、軸対称指向性を得るにはある１つの
周波数に限定されてしまう。この問題を解決する。 【解決手段】 円錐導波管２と直線導波管３とをテーパ
接続６し、ホーン内に適当な比誘電率の誘電体７を充填
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は複モードホーンアン
テナ、さらに詳しくはマイクロ波帯の通信やレーダ等に
使用されるパラボラアンテナやカセグレンアンテナの一
次放射器に好適な複モードホーンアンテナに関するもの
である。
テナ、さらに詳しくはマイクロ波帯の通信やレーダ等に
使用されるパラボラアンテナやカセグレンアンテナの一
次放射器に好適な複モードホーンアンテナに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の複モードホーンアンテナ
を図３を用いて説明する。図３は、従来の２段フレア付
き円錐複モードアンテナの概略構成を示す断面図であ
り、図において、１は円形導波管、２は円錐導波管、３
は直線導波管、４は円錐ホーン、５はホーン開口部、１
０は円錐導波管２と直線導波管３との接続部、２０は直
線導波管３と円錐ホーン４との接続部を示す。円形導波
管１は、基本モード（ＴＥ１１）のみが伝搬するよう
に、その内径Ｄ0 が、下記式（１）の条件に設定され
る。また直線導波管３は、ＴＥ１１モードとＴＭ１１モ
ードの２つのモードが伝搬するように、その内径Ｄ2
が、下記式（２）の条件に設定される。
を図３を用いて説明する。図３は、従来の２段フレア付
き円錐複モードアンテナの概略構成を示す断面図であ
り、図において、１は円形導波管、２は円錐導波管、３
は直線導波管、４は円錐ホーン、５はホーン開口部、１
０は円錐導波管２と直線導波管３との接続部、２０は直
線導波管３と円錐ホーン４との接続部を示す。円形導波
管１は、基本モード（ＴＥ１１）のみが伝搬するよう
に、その内径Ｄ0 が、下記式（１）の条件に設定され
る。また直線導波管３は、ＴＥ１１モードとＴＭ１１モ
ードの２つのモードが伝搬するように、その内径Ｄ2
が、下記式（２）の条件に設定される。
【０００３】
【数１】
【０００４】従って円形導波管１を伝搬してきた基本モ
ード（ＴＥ１１モード）の一部は、矩形接続部（不連続
部）１０および２０の両方で、高次モードのＴＭ１１モ
ードに変換され、直線導波管３を伝搬してきたＴＥ１１
モードと重なり合ってホーン開口部５へ伝搬される（導
波管内に不連続部が存在すると、その導波管内を伝搬可
能な全ての高次モードが発生することは周知である）。
ホーン開口部５におけるＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの
相対振幅，相対位相が、昭和５４年電子通信学会論文誌
Ｖｏｌ．Ｊ６２−Ｂ Ｎｏ．１２「フレアアイリス型円
偏波複モードホーンアンテナ」に示される交差偏波最小
条件に設定されると、ＴＭ１１モードの電界が、ＴＥ１
１モードの電界の交差偏波成分を打ち消し、交差偏波特
性が優れたアンテナとなり、同時に軸対称性の優れた、
すなわち指向性の優れたアンテナが形成されることが知
られている。
ード（ＴＥ１１モード）の一部は、矩形接続部（不連続
部）１０および２０の両方で、高次モードのＴＭ１１モ
ードに変換され、直線導波管３を伝搬してきたＴＥ１１
モードと重なり合ってホーン開口部５へ伝搬される（導
波管内に不連続部が存在すると、その導波管内を伝搬可
能な全ての高次モードが発生することは周知である）。
ホーン開口部５におけるＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの
相対振幅，相対位相が、昭和５４年電子通信学会論文誌
Ｖｏｌ．Ｊ６２−Ｂ Ｎｏ．１２「フレアアイリス型円
偏波複モードホーンアンテナ」に示される交差偏波最小
条件に設定されると、ＴＭ１１モードの電界が、ＴＥ１
１モードの電界の交差偏波成分を打ち消し、交差偏波特
性が優れたアンテナとなり、同時に軸対称性の優れた、
すなわち指向性の優れたアンテナが形成されることが知
られている。
【０００５】この交差偏波最小条件は、円錐ホーン４の
開口部５の中心における、ＴＥ１１モードに対するＴＭ
１１モードの電界比率（Ｃａ）が、開口部内径をＤａと
した場合、下記式（３），（４）の条件を満たすことで
あるが、この条件はある１つの周波数でのみ満足するこ
とが可能で、広帯域な周波数で満足させることができな
い。以下、その理由を説明する。
開口部５の中心における、ＴＥ１１モードに対するＴＭ
１１モードの電界比率（Ｃａ）が、開口部内径をＤａと
した場合、下記式（３），（４）の条件を満たすことで
あるが、この条件はある１つの周波数でのみ満足するこ
とが可能で、広帯域な周波数で満足させることができな
い。以下、その理由を説明する。
【０００６】図３に示す矩形接続部（不連続部）１０，
２０から発生するＴＭ１１モードの、ＴＥ１１モードに
対する振幅比をＣ１，Ｃ２とし、各不連続点から発生し
たＴＭ１１モードがホーン開口部５に至るまでのＴＥ１
１モードに対する位相推移量を、φ１，φ２とすると、
Ｃａは下記式（５）で与えられる。
２０から発生するＴＭ１１モードの、ＴＥ１１モードに
対する振幅比をＣ１，Ｃ２とし、各不連続点から発生し
たＴＭ１１モードがホーン開口部５に至るまでのＴＥ１
１モードに対する位相推移量を、φ１，φ２とすると、
Ｃａは下記式（５）で与えられる。
【０００７】一般に、Ｃ１，Ｃ２により、Ｃａの振幅が
制御され、φ１，φ２により位相が制御される。そして
Ｃ１，Ｃ２は、上述の学会誌によると、下記式（６），
（７）で近似される。またφ１，φ２は各モードの直線
導波管３内の伝搬定数をβ２TE11，β２TM11とし、円錐
ホーン４の平均の伝搬定数をβ３TE11，β３TM11とする
と、下記式（８），（９）で近似できる。
制御され、φ１，φ２により位相が制御される。そして
Ｃ１，Ｃ２は、上述の学会誌によると、下記式（６），
（７）で近似される。またφ１，φ２は各モードの直線
導波管３内の伝搬定数をβ２TE11，β２TM11とし、円錐
ホーン４の平均の伝搬定数をβ３TE11，β３TM11とする
と、下記式（８），（９）で近似できる。
【０００８】
【数２】
【０００９】そして上述の式（６）〜（９）は、λおよ
び伝搬定数βが、周波数に依存し、しかも４つ全てが周
波数に対して単調に変動する。このことは優れた指向性
が得られる周波数帯域幅が限定されてしまうことを意味
する。特にその中でも、矩形接続部（不連続部）１０か
ら発生するＴＭ１１モードは、位相推移量φ２が、φ１
に−β２TM11Ｌ２＋β２TE11Ｌ２を加えたものとなるの
で、矩形接続部（不連続部）２０から発生するＴＭ１１
モードに比べ、周波数に対する位相変動量が大きく、従
って図３に示すような円錐複モードアンテナでは、優れ
た指向性はある１つの周波数でしか得られず、広帯域な
周波数特性が得られない。
び伝搬定数βが、周波数に依存し、しかも４つ全てが周
波数に対して単調に変動する。このことは優れた指向性
が得られる周波数帯域幅が限定されてしまうことを意味
する。特にその中でも、矩形接続部（不連続部）１０か
ら発生するＴＭ１１モードは、位相推移量φ２が、φ１
に−β２TM11Ｌ２＋β２TE11Ｌ２を加えたものとなるの
で、矩形接続部（不連続部）２０から発生するＴＭ１１
モードに比べ、周波数に対する位相変動量が大きく、従
って図３に示すような円錐複モードアンテナでは、優れ
た指向性はある１つの周波数でしか得られず、広帯域な
周波数特性が得られない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の複
モードホーンアンテナは、広帯域な周波数特性が得られ
ないという問題点があった。本発明はかかる問題点を解
決するためになされたものであり、優れた指向性が広帯
域な周波数で実現できる複モードホーンアンテナを提供
することを目的としている。
モードホーンアンテナは、広帯域な周波数特性が得られ
ないという問題点があった。本発明はかかる問題点を解
決するためになされたものであり、優れた指向性が広帯
域な周波数で実現できる複モードホーンアンテナを提供
することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる複モード
ホーンアンテナは、給電用の円形導波管とこの円形導波
管に接続される円錐導波管とこの円錐導波管に接続され
る直線導波管とこの直線導波管に接続される円錐ホーン
から形成され、ＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの相対振
幅，相対位相が交差偏波最小条件に設定される複モード
ホーンアンテナにおいて、前記円錐導波管と前記直線導
波管とをテーパ接続してなることを特徴とする。従っ
て、ＴＭ１１モードが直線導波管と円錐ホーンとの矩形
接続部の不連続部のみから発生することとなり、周波数
に対する位相変動量を小さくでき、広帯域な周波数範囲
でアンテナの指向性を優れた軸対称にすることができ
る。
ホーンアンテナは、給電用の円形導波管とこの円形導波
管に接続される円錐導波管とこの円錐導波管に接続され
る直線導波管とこの直線導波管に接続される円錐ホーン
から形成され、ＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの相対振
幅，相対位相が交差偏波最小条件に設定される複モード
ホーンアンテナにおいて、前記円錐導波管と前記直線導
波管とをテーパ接続してなることを特徴とする。従っ
て、ＴＭ１１モードが直線導波管と円錐ホーンとの矩形
接続部の不連続部のみから発生することとなり、周波数
に対する位相変動量を小さくでき、広帯域な周波数範囲
でアンテナの指向性を優れた軸対称にすることができ
る。
【００１２】また、給電用の円形導波管とこの円形導波
管に接続される円錐導波管とこの円錐導波管に接続され
る直線導波管とこの直線導波管に接続される円錐ホーン
から形成され、ＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの相対振
幅，相対位相が交差偏波最小条件に設定される複モード
ホーンアンテナにおいて、前記円錐導波管と前記直線導
波管とをテーパ接続し、ホーン内に誘電体を充填して成
ることを特徴とする。従ってホーン開口部の大きさを調
整でき、ビーム幅の変動も可能となる。
管に接続される円錐導波管とこの円錐導波管に接続され
る直線導波管とこの直線導波管に接続される円錐ホーン
から形成され、ＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの相対振
幅，相対位相が交差偏波最小条件に設定される複モード
ホーンアンテナにおいて、前記円錐導波管と前記直線導
波管とをテーパ接続し、ホーン内に誘電体を充填して成
ることを特徴とする。従ってホーン開口部の大きさを調
整でき、ビーム幅の変動も可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の複モードホーンア
ンテナの実施形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）
は本発明の一実施形態を示す図であり、図において、１
は円形導波管、２は円錐導波管、３は直線導波管、４は
円錐ホーン、５はホーン開口部、６はテーパ部、１０は
円錐導波管２と直線導波管３との接続部、２０は直線導
波管３と円錐ホーン４との接続部である。本実施形態の
複モードホーンアンテナは、図１（Ａ）に示すように、
円錐導波管２と直線導波管３との接続部１０を、テーパ
部６で滑らかに接続した構成としている。
ンテナの実施形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）
は本発明の一実施形態を示す図であり、図において、１
は円形導波管、２は円錐導波管、３は直線導波管、４は
円錐ホーン、５はホーン開口部、６はテーパ部、１０は
円錐導波管２と直線導波管３との接続部、２０は直線導
波管３と円錐ホーン４との接続部である。本実施形態の
複モードホーンアンテナは、図１（Ａ）に示すように、
円錐導波管２と直線導波管３との接続部１０を、テーパ
部６で滑らかに接続した構成としている。
【００１４】このような構成とすることにより、ＴＭ１
１モードは矩形接続部（不連続部）２０のみから発生す
る。（高次モードが発生するのは、不連続部がある場合
のみであるからテーパ部６で滑らかに接続された接続部
１０からは高次モードが発生しない）。従って、ホーン
開口部５におけるＴＥ１１モードに対するＴＭ１１モー
ドの電界比率Ｃａは、次式（１０）〜（１２）で表され
る。
１モードは矩形接続部（不連続部）２０のみから発生す
る。（高次モードが発生するのは、不連続部がある場合
のみであるからテーパ部６で滑らかに接続された接続部
１０からは高次モードが発生しない）。従って、ホーン
開口部５におけるＴＥ１１モードに対するＴＭ１１モー
ドの電界比率Ｃａは、次式（１０）〜（１２）で表され
る。
【００１５】
【数３】
【００１６】これらの式（１０）〜（１２）と上述の式
（５）〜（９）とを比較する。Ｃａの振幅の周波数変動
は、式（１１）のθａを、θａ＋θｆで置き換えると全
く同じである。一方、Ｃａの位相の周波数変動は、式
（９）の、φ２の−β２TM11Ｌ２＋β２TE11Ｌ２分が無
くなり、その分周波数変動が小さくなる。その結果、優
れた指向性が保持できる周波数帯域幅を広げることがで
きるようになる。
（５）〜（９）とを比較する。Ｃａの振幅の周波数変動
は、式（１１）のθａを、θａ＋θｆで置き換えると全
く同じである。一方、Ｃａの位相の周波数変動は、式
（９）の、φ２の−β２TM11Ｌ２＋β２TE11Ｌ２分が無
くなり、その分周波数変動が小さくなる。その結果、優
れた指向性が保持できる周波数帯域幅を広げることがで
きるようになる。
【００１７】但し、ＴＭ１１モードが矩形接続部（不連
続部）２０のみで発生することから、Ｃａの振幅，位相
を最適に設定する、即ちアンテナの指向性を軸対称に設
定すると、ビーム幅が変動できないという問題が生じ
る。これは、矩形接続部（不連続部）２０からのみＴＭ
１１モードが発生する場合、Ｃａ及びビーム幅を変動す
るためのパラメータは、θａ，Ｌ３，Ｄ2 の３つとなる
が、このうちＤ2 は一般的に全周波数帯域で上述の式
（２）を満たすという条件から固定されるので、結局変
動可能なパラメータは、θａとＬ３の２つとなるからで
ある。そして設定すべきパラメータは、Ｃａの振幅，位
相およびビーム幅の３つであるが、変動可能なパラメー
タは、θａ，Ｌ３の２つのみであるので、Ｃａの振幅，
位相を設定すると、ビーム幅を変動できなくなる。
続部）２０のみで発生することから、Ｃａの振幅，位相
を最適に設定する、即ちアンテナの指向性を軸対称に設
定すると、ビーム幅が変動できないという問題が生じ
る。これは、矩形接続部（不連続部）２０からのみＴＭ
１１モードが発生する場合、Ｃａ及びビーム幅を変動す
るためのパラメータは、θａ，Ｌ３，Ｄ2 の３つとなる
が、このうちＤ2 は一般的に全周波数帯域で上述の式
（２）を満たすという条件から固定されるので、結局変
動可能なパラメータは、θａとＬ３の２つとなるからで
ある。そして設定すべきパラメータは、Ｃａの振幅，位
相およびビーム幅の３つであるが、変動可能なパラメー
タは、θａ，Ｌ３の２つのみであるので、Ｃａの振幅，
位相を設定すると、ビーム幅を変動できなくなる。
【００１８】従って本願第２の発明では図１（Ｂ）に示
すように、ホーンアンテナ全体（ホーン内部）に誘電体
７を充填することとし、この誘電体７の比誘電率εγを
パラメータとして適当に選択することでビーム幅を可変
させることとした。すなわち、比誘電率εγの誘電体７
を充填すると、伝搬定数βおよび１／λが、√εγ倍と
なるので、上述の式（１１），（１２）から、Ｃａを最
適値に保った状態（指向性が軸対称）で、ホーンアンテ
ナ全体の大きさを、１／√εγ倍にすることができる。
またビーム幅は、ホーン開口部５の大きさで決定され
る。従って、誘電体７の比誘電率εγを適当に選択する
ことにより、ビーム幅も最適化できるようになる。
すように、ホーンアンテナ全体（ホーン内部）に誘電体
７を充填することとし、この誘電体７の比誘電率εγを
パラメータとして適当に選択することでビーム幅を可変
させることとした。すなわち、比誘電率εγの誘電体７
を充填すると、伝搬定数βおよび１／λが、√εγ倍と
なるので、上述の式（１１），（１２）から、Ｃａを最
適値に保った状態（指向性が軸対称）で、ホーンアンテ
ナ全体の大きさを、１／√εγ倍にすることができる。
またビーム幅は、ホーン開口部５の大きさで決定され
る。従って、誘電体７の比誘電率εγを適当に選択する
ことにより、ビーム幅も最適化できるようになる。
【００１９】図２は本実施形態の効果を示す図であり、
Ｅ面指向性の１０ｄＢビーム幅の周波数変動を、従来の
複モードホーンアンテナと比較する図であり、図２から
明らかなように、本発明では広帯域な周波数で優れた指
向性が得られている。
Ｅ面指向性の１０ｄＢビーム幅の周波数変動を、従来の
複モードホーンアンテナと比較する図であり、図２から
明らかなように、本発明では広帯域な周波数で優れた指
向性が得られている。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の複モードホ
ーンアンテナは、広い周波数帯域幅で指向特性の優れた
アンテナを構成でき、特にパラボラアンテナやカセグレ
ンアンテナの一次放射器として、優れたアンテナを提供
できるという効果がある。
ーンアンテナは、広い周波数帯域幅で指向特性の優れた
アンテナを構成でき、特にパラボラアンテナやカセグレ
ンアンテナの一次放射器として、優れたアンテナを提供
できるという効果がある。
【図１】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図２】本実施形態の効果を示す図である。
【図３】従来の複モードホーンアンテナを説明するため
の図である。
の図である。
１ 円形導波管 ２ 円錐導波管 ３ 直線導波管 ４ 円錐ホーン ５ ホーン開口部 ６ テーパ部 ７ 誘電体 １０ 円錐導波管２と直線導波管３との接続部 ２０ 直線導波管３と円錐ホーン４との接続部
Claims (2)
- 【請求項１】 給電用の円形導波管とこの円形導波管に
接続される円錐導波管とこの円錐導波管に接続される直
線導波管とこの直線導波管に接続される円錐ホーンから
形成され、ＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの相対振幅，相
対位相が交差偏波最小条件に設定される複モードホーン
アンテナにおいて、 前記円錐導波管と前記直線導波管とをテーパ接続して成
ることを特徴とする複モードホーンアンテナ。 - 【請求項２】 給電用の円形導波管とこの円形導波管に
接続される円錐導波管とこの円錐導波管に接続される直
線導波管とこの直線導波管に接続される円錐ホーンから
形成され、ＴＥ１１，ＴＭ１１両モードの相対振幅，相
対位相が交差偏波最小条件に設定される複モードホーン
アンテナにおいて、 前記円錐導波管と前記直線導波管とをテーパ接続し、ホ
ーン内に適当な比誘電率の誘電体を充填して成ることを
特徴とする複モードホーンアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8214086A JPH1041737A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 複モードホーンアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8214086A JPH1041737A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 複モードホーンアンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041737A true JPH1041737A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16650010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8214086A Pending JPH1041737A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 複モードホーンアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1041737A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6661389B2 (en) | 2000-11-20 | 2003-12-09 | Vega Grieshaber Kg | Horn antenna for a radar device |
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| JP2016163782A (ja) * | 2016-06-14 | 2016-09-08 | 株式会社三洋物産 | 遊技機 |
| CN113823915A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-21 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种太赫兹超宽带光壁喇叭馈源及其制备方法 |
| CN114447616A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-06 | 杭州湃腾科技有限公司 | 一种基于多段张开型侧壁的宽带双极化喇叭天线 |
-
1996
- 1996-07-26 JP JP8214086A patent/JPH1041737A/ja active Pending
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